JP3635949B2 - 偏平形有機電解液電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機器の直流電源、メモリバックアップ用電源などとして用いられ、正、負極端子を兼ねる偏平形の電池容器に発電要素を収容した電池に関し、特に機器の電池端子と電池容器との接触抵抗を低減し、同時に電池製造工程における不具合の発生を抑制した偏平形有機電解液電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に有機電解液電池はエネルギー密度が高く、保存性、耐漏液特性などの信頼性に優れ、また、小型化、軽量化が可能なことから各種電子機器の主電源やメモリバックアップ用電源として、その需要は年々増加している。このような有機電解液電池には、負極にリチウム金属、電解液に有機電解液、正極に二酸化マンガン、フッ化黒鉛、塩化チオニール、二酸化硫黄、クロム酸銀などを組み合わせた一次電池、さらに、負極にリチウム金属やリチウムの吸蔵、放出が可能な合金、炭素、金属化合物、ポリアセンなどを用い、電解液に有機電解液を用い、正極にはリチウムイオンと層間化合物を形成する材料、例えば五酸化バナジウム、五酸化ニオブ、二酸化マンガンなどの金属酸化物や、リチウムと金属酸化物の複合酸化物、また二硫化チタン、二硫化モリブデンなどの硫化物、さらにはポリアニリン、ポリアセンなどの導電性高分子などを使用した充電可能な二次電池が知られている。
【０００３】
近年、機器に対する長寿命化、メンテナンスフリー化が要望されており、これらの要望を満たすためには、電池容量の増大化を図ることに加え、電池の放電末期に至るまでの長期間にわたって、機器と電池との安定した電気的接続を確保する構成が必要となる。
【０００４】
これに対して機器の寿命に達するまで電池交換を必要としない機器では、電池容器にステンレス等の端子板の一方を溶接し、他方を機器の電子基盤に半田付けすることによって、安定した電気的な接続がなされている。しかしながら、電池交換の発生を前提とした機器では、機器側の電池端子と正、負極端子との接触により電気的接続を確保している。
【０００５】
例えば、偏平形有機電解液電池では、機器の電池端子との間で電気的接触を確保するために、ステンレス鋼からなるケース、および封口板の機器側の電池端子と接触する部位に、ニッケル層を形成している。ニッケルの接触抵抗は、ステンレス鋼の接触抵抗と比較して、約１０分の１である。このため、ステンレス鋼表面に生成したニッケル層により表面の接触抵抗を低減させ、良好な電気的接触の確保をしている。
【０００６】
ステンレス鋼の表面にニッケル層を形成する方法としては、ステンレス鋼をニッケルメッキを施すメッキ法、ニッケル板もしくはニッケル箔をステンレス鋼に対してクラッドするクラッド法がある。これら方法を比較すると、クラッド法で形成したニッケル層の接触抵抗は、ステンレス表面に均一なニッケル層が得られるために、メッキ法で形成したニッケル層の接触抵抗よりも良好である。
【０００７】
しかしながら、クラッド法で形成したニッケル層は硬度が低いために、部品加工工程や電池組立工程において、電池容器の表面の傷発生の原因となり、電池の商品価値を低下させるという問題を引きおこしてしまう。さらに、電池組立工程において、有底筒状のケースの外周縁を内方にかしめる際に、外周縁の先端部分にばりが発生し、ガスケットを挟んで対向する封口板にこのバリが接触し、外部短絡の原因となる問題を有しいた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するもので、正、負極端子を兼ねる電池容器と機器の電池端子との間で良好な接触を、長期化に亘って保つと同時に、部品加工工程、電池組立工程における電池容器表面での傷の発生や、かしめ封口を行う際に発生したバリに起因する短絡の発生などが起こらない電池を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の偏平型有機電解液電池は、負極、正極、電解液からなる発電要素を、負極端子を兼ねる封口板と、正極端子を兼ねるケースとの間に介在するガスケットにて密閉してなり、封口板、ケースの少なくとも一方が、ニッケル−銅合金とステンレス鋼とのクラッド材から形成され、且つその外面側に該クラッド材のニッケル銅合金側を配したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の偏平型有機電解電池に適用されたクラッド材からなる電池容器におけるニッケル−銅合金層は、クラッド法により形成されたニッケル単独のクラッド層と同等の接触抵抗を有しており、且つ表面の硬度が、ニッケル単独のクラッド層での硬度と比較して十分に硬い。このため、電池容器表面における傷の発生や、かしめ封口時にケースの外周縁にバリが生じず、短絡の発生を抑制することが可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
本発明の電池は、負極端子を兼ねる封口板および／もしくは正極端子を兼ねるケースが、機器の電池端子が接触する電池容器の外面側ににニッケル−銅合金を配し、且つこの合金とステンレス鋼とのクラッド材から形成されたことを特徴とする。
【００１３】
ここにおいて、ニッケル−銅合金の銅の占める割合は、１３％から５５％が好ましい。
【００１４】
有機電解液電池の容器を形成する素材には、電解液に対する耐食性、容器の加工性及びコストの面から、主としてステンレス鋼、特にオーステナイト系、フェライト系のステンレス鋼が用いられている。したがって、電池容器として適用するためには、これらのステンレス鋼に対してクラッド可能な合金を選択する必要がある。一般に、高い硬度が得られるニッケル基合金としては、ニッケル−銅合金に以外に、ニッケル−クロム合金、ニッケル−モリブデン−鉄合金、ニッケル−モリブデン−銅合金があげることができる。しかしながら、ニッケルに添加される合金元素にクロムもしくはモリブデンが含まれる合金は、展性が低下するためにステンレス鋼にクラッドさせることが不可能となり、電池容器として適用することができない。そこで、本発明では、ステンレス鋼にクラッド可能なニッケル基合金として、ニッケル−銅合金を用いるものである。
【００１５】
さらに、ニッケルの接触抵抗に比較して、銅の接触抵抗は大きく、銅単体からなるクラッド層を設けたステンレス鋼を電池容器として用いた場合、電池としての機能は果たさない。しかしながら、クラッド層を形成する銅に、ニッケルを添加することによって接触抵抗は改善される。さらにクラッド層におけるニッケルの比率を増加させるにつれて、接触抵抗は低下し、銅の比率が５５％以下では、ニッケルの電気伝導が支配的となり、接触抵抗がニッケル単独での接触抵抗に近い値を示す。
【００１６】
一方、ステンレス鋼にニッケルを単独からなるクラッド層を設けた電池容器では、表面部分の硬度が低いために、工程で傷、バリが発生し易い。しかし、ニッケルに銅を添加することにより硬度を上昇させ得る。ニッケル−銅合金の硬度は、銅添加量の増加に伴って上昇するが、銅の比率が１３％以上になるとほぼ一定となる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例を、図及び表を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本実施例における偏平形有機電解液電池の縦断面図である。ケース１は、正極端子を兼ねており、ニッケル−銅合金からなる正極側のクラッド層２が形成されている。封口板３は負極端子を兼ねており、ケース１と同様にニッケル−銅合金からなるクラッド層４が形成されている。また、封口板３の内壁には負極活物資であるリチウム５が圧着されている。６はポリプロピレンからなるガスケット、７は有機電解液を含浸したポリプロピレン不織布からなるセパレータ、８は正極活物資である二酸化マンガンを主成分とする正極ペレットであり、電池組立工程前に有底筒状の形状にある電池ケース１の開口先端部を内方へかしめ、この周縁部をガスケット６を介して負極端子を兼ねる封口板３の周縁を締め付けることにより密閉封口をしている。尚、封口工程においてケース１の内面及び封口板２の外面の外周縁部には、図示していないが、アスファルトを主成分とする塗布し、被膜を形成している。
【００１９】
本実施例では、ケース１及び封口板２を形成するステンレス鋼として、フェライト系ステンレスであるＳＵＳ４３０を使用し、このステンレス鋼にクラッドされるニッケル−銅合金として、モネル４００（ニッケル：６６．０重量％、銅：３１．５重量％、その他：２．５重量％）を使用し、これらを熱間圧延することで形成されたクラッド材を使用した。得られた電池を本実施例における電池Ａとする。
【００２０】
（比較例）
一方、比較例１として、正極ケース１、封口板３にニッケルメッキが施されたＳＵＳ４３０を使用し、他の構成は本実施例と同様とした電池を作製した。これを電池Ｂとする。また比較例２として、正極ケース１、封口板３に、ニッケル板とステンレス鋼を熱間圧延し、ニッケル単独からなるクラッド層が形成されたステンレスクラッド材を用い、他の構成は本実施例と同様とした電池を作製した。これを電池Ｃとする。
【００２１】
電池Ａ〜Ｃを１００個づつ作製しこれらに対して、接触抵抗の評価を行った。評価方法は、電池と端子との接触抵抗を検出した後、温度６０℃、相対湿度９０％の雰囲気において電池を放置した後、接触抵抗を測定し、接触抵抗の経時変化を比較した。得られた結果を（表１）に示す。尚、接触抵抗の測定は、封口板及びケースのそれぞれ任意の１０カ所において測定し、測定値の平均を被測定電池の接触抵抗とし、各電池の接触抵抗の平均を実施例及び比較例の接触抵抗とした。
【００２２】
【表１】

【００２３】
（表１）において、電池が作製された直後である未保存状態では、電池Ａ〜Ｃのいずれもほぼ同一の接触抵抗の値を示した。しかし、４０日経過した時点において、ニッケルメッキのみが施された電池Ｂの接触抵抗は、未保存状態に比べて１．６０倍に上昇しており、放置により機器の電池端子と正、負極端子との接触状態が悪化し、機器の信頼性を低下させてしまう。これに対して、ニッケル単独もしくは合金のクラッド層が形成された電池Ａおよび電池Ｃでは、未保存の状態に比べて１．２５倍程度まで悪化したが、この上昇比率は機器の動作に悪影響を与える値ではない。
【００２４】
次に、電池Ａ〜Ｃを各々１００００個を作製し、電池組立時のかしめ封口工程においてケースの外周縁端部に生じた糸状のバリに起因する外部短絡の発生率と、検査工程にて確認された封口板およびケースに生じた傷による外観不良率を比較した。
【００２５】
バリによる外部短絡の発生率と外観不良率を（表２）に示す。なお、バリによる外部短絡の発生率は、検査機による開回路電圧が低下した状態にある電池を抜き取り、これらを顕微鏡検査にて金属バリの有無を確認した値であり、封口板の傷不良数は目視にて全数調査した数値である。
【００２６】
【表２】

【００２７】
（表２）において、電池Ａおよび電池Ｂでは、外部短絡及び外観不良のいずれも見いだせなかったのに対して、比較例２では、３．８０％の比率にてバリの発生が見られた。なお、実際の製造現場においては、外観不良及び内部短絡の生じた検査工程において発見され、市場には流通しないが、電池の信頼性を向上させ、同時に製品歩留まりを向上させるために不良を発生段階から防止することが好ましい。
【００２８】
以上のように、封口板、電池ケースにニッケル−銅合金にてクラッド層が形成されたステンレスクラッド材を用いることにより、製造工程上での不良を抑制し、且つ良好な接触が得られることが明白となった。
【００２９】
尚、本実施例では、ケース及び封口板にモネル４００とＳＵＳ４３０のステンレス鋼に対してモネル４００のクラッド層が形成されたクラッド材を使用したリチウム−二酸化マンガン偏平形有機電解液電池の例で示した。クラッド層を形成する材料としては、モネル４００と同様に銅の含有率が１３％〜５５％の範囲内のニッケル銅合金が好ましく、基材となるステンレス鋼にはＳＵＳ４３０と同様にＳＵＳ４４４等のフェライト系ステンレス鋼、ＳＵＳ３０４等のオーステナイステンレス鋼の場合でも同様に適用可能である。
【００３０】
また、電池系としてリチウム−二酸化マンガン系偏平形有機電解液電池以外にもこの種の構成であれば、二次電池も含めた他の偏平形有機電解液電池、アルカリ電池等にも十分適用できるものである。
【００３１】
さらになお、電池ケース１、封口板３のどちらか片方のみにニッケル銅合金を用いてた場合には、クラッド層を有する側のみが本発明の効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によるニッケル−銅合金のクラッド層が形成された本発明に係る電池によれば、接触抵抗上昇の低減化、及び組立工程での不良を発生させることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏平形有機電解液電池の縦断面図
【符号の説明】
１ ケース
２ ケース側のクラッド層
３ 封口板負極
４ 封口板のクラッド層
５ 負極
６ ガスケット
７ セパレータ
８ 正極

Claims (2)

1. 負極、正極、電解液からなる発電要素を、負極端子を兼ねる封口板と、正極端子を兼ねるケースとの間に介在するガスケットにて密閉してなる電池であって、該封口板、ケースの少なくとも一方が、ニッケル−銅合金とステンレス鋼とのクラッド材から形成され、且つその外面側に該クラッド材のニッケル銅合金側を配したことを特徴とする偏平形有機電解液電池。
2. ニッケル−銅合金における銅の含有率が１３〜５５％である請求項１記載の偏平形有機電解液電池。

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